EP0010046A1 - Piezoelectric resonator - Google Patents

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EP0010046A1
EP0010046A1 EP79400710A EP79400710A EP0010046A1 EP 0010046 A1 EP0010046 A1 EP 0010046A1 EP 79400710 A EP79400710 A EP 79400710A EP 79400710 A EP79400710 A EP 79400710A EP 0010046 A1 EP0010046 A1 EP 0010046A1
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EP
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resonator
electrodes
piezoelectric
pellets
parts
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EP79400710A
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Raymond Besson
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Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
Original Assignee
Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02102—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence

Definitions

  • the subject of the present invention is a piezoelectric bi-resonator with electrodes not adhering to the crystal, of the type comprising, mounted in a sealed enclosure, at least first and second plates of dielectric material on which the first and second electrodes are respectively deposited, and a piezoelectric body interposed between said first and second electrodes, without contact with the latter.
  • Piezoelectric resonators with electrodes that are not adherent to the crystal are currently of great interest, due in particular to the possibility of producing resonators of this type with excellent qualities in terms of electrical and mechanical characteristics. Examples of high-performance piezoelectric resonators with electrodes not adhering to the crystal are described in particular in French patent application No. 2,338,607.
  • the present invention aims precisely to produce a resonator whose stability over time is improved and the sensitivity to acceleration or to temperature variations is reduced.
  • a resonator of the type mentioned at the start which, according to the invention, further comprises a third plate of dielectric material having faces opposite respectively to the first and second plates on which are respectively deposited third and fourth electrodes. interconnected, and such that the piezoelectric body consists of two pads piezoelectric quartz, independent and similar, one of which is interposed between said first and third electrodes, without contact with them, and the other is interposed between the second and fourth electrodes without contact with them, piezoelectric pellets quartz being arranged so that their axes are opposite there.
  • the quartz pellets are also arranged so that their Z axes are opposite.
  • the piezoelectric quartz pellets are plano-convex and have their convexity turned towards the side of their axis y '.
  • the quartz pellets used are as similar as possible, that is to say made of the same material, and obtained by the same cutting technique.
  • the performances are improved if for example the two quartz pellets come from the same base crystal and from neighboring zones in this base crystal.
  • the bi-resonator structure defined above can be used in various advantageous ways.
  • the first resonator part constituted by the first piezoelectric patch and the first and third electrodes has a resonant frequency substantially equal to the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric patch and the second and fourth electrodes.
  • the first and second parts of the resonator can be connected either in series or in parallel.
  • the first resonator part constituted by the first piezoelectric pad and the first and third electrodes has a resonant frequency very clearly different from the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric pad and the second and fourth electrodes, and the first and second resonator parts are connected in parallel.
  • the first and second parts of the resonator can then have resonant frequencies which differ by at least about 5%.
  • bi-resonator made up of two parts of resonator of different frequencies is particularly interesting to allow a practically total release of the influence of the temperature.
  • a piezoelectric resonator can operate at the inversion temperature of the piezoelectric crystal. It is thus advisable to heat the resonator to bring it in the vicinity of the crystal inversion temperature. This heating, carried out externally, is all the more difficult as the mass of the resonator to be heated is large, and the atmosphere in which the crystal is immersed is inert.
  • the quartz pellets can be very easily brought to a desired temperature, and the presence of dielectric plates, far from constituting an obstacle for heating the resonator, offers on the contrary a convenient means for facilitate the warming up of the resonator.
  • first, second and third plates are coated, at least on their faces facing the piezoelectric pellets, with an additional heating layer made of a material of given resistivity, said additional layer being connected to a source electrical energy electrically isolated from the excitation electrodes deposited on the plates by an insulation layer.
  • the bi-resonator comprises peripheral rings which respectively surround the active parts of the piezoelectric pads disposed between two electrodes, and constitute a spacer between the bearing plates of said electrodes, it is possible to coat said peripheral rings with heating layers in a material of given resistivity and to connect said heating layers to a source of electrical energy so as to radially heat the quartz pellets.
  • FIG. 1 shows an example of a piezoelectric resonator according to the invention, for which however the external sealed enclosure has not been shown, nor the means for fixing the functional block inside the enclosure.
  • Two outer plates 1 and 2 of dielectric material are provided, on their internal faces, with electrodes 11 and 21 respectively, which are deposited by metallization and are connected to connection terminals A and B respectively.
  • a two-part piezoelectric body 4, 5 is interposed between the plates 1 and 2.
  • the piezoelectric pads 4, 5 are separated from each other by an additional dielectric plate 3 carrying electrodes 31, 32 on its turned faces to pads 4 and 5 respectively.
  • the electrodes 31 and 32 are themselves connected to a common terminal C.
  • the quartz pellet 4 comprises a vibrating active part 41 interposed between the electrodes 11 and 31 and located at very short distance from the latter without however coming into contact with them.
  • the quartz pellet 5 has an active vibrating part 51 interposed between the electrodes 21 and 32 and located at very short distance from the latter but without coming into contact with them.
  • the apparent structure of a bi-resonator according to the invention can be entirely symmetrical with respect to the median plane JJ ′ of the central plate 3 and if necessary have a symmetry of revolution around the axis K- K '.
  • the relative position of the two quartz pellets 4, 5 as a function of their crystallographic axes is not indifferent.
  • the mounting of the quartz pellets 4, 5 must be carried out in such a way that the axes Y ′ of the two pellets are opposite (fig. 1).
  • the convexity it is then advantageous for the convexity to be produced on the side of the positive axis Y ′ of each tablet, although this condition is not absolutely essential.
  • the quartz pellets 4, 5 are preferably arranged between the plates 1, 2 and 3 in such a way that the axes Z of the two quartz pellets 4, 5 are opposite. If the pellets 4, 5 both correspond either to right crystals or to left crystals, the axes x of the pellets 4, 5 are then in the same direction (fig 1).
  • a pellet 4, 5 comprises a part 42, 52 in the form of a ring which serves as a spacer for the plates 1 and 3 and 2 and 3 respectively.
  • the distance between the different plates is thus well determined, and the active part 41, 51 of the pads 4, 5 slightly set back relative to the peripheral support part 42, 52, can be located at a very small distance from the electrodes 11, 31 or 21, 32.
  • a thinned intermediate part 43, 53 which can be hollowed out on a part of the periphery of the active part 41, 51 respectively provides a mechanical connection and a vibration isolation between the vibrating active part 41, 51 and the immobile support part 42, 52.
  • Such a mode of suspension has been described in particular in French patent application No. 2,338,607.
  • the invention is however not limited to such a mode of suspension.
  • the parts 42, 52 can be constituted by independent rings, while the active parts 41, 51 are positioned relative to the plates 1, 2 and 3 using thermocompression fasteners for example.
  • the resonator parts constituted by the electrodes 11, 31 and the crystal 41 on the one hand, and by the electrodes 21, 32 and the crystal 51 on the other hand, can have frequencies that are substantially equal or very clearly different.
  • the two resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 have equal or substantially equal resonant frequencies
  • a series connection that is to say with the application of 'an alternating electrical voltage between terminals A and B, terminal C being disconnected; or a parallel mounting, that is to say with the application of an alternating electric voltage between terminal C and terminals A and B which are then connected together.
  • a single resonator or bi-resonator is then formed, the sensitivity to accelerations of which is very markedly reduced compared to a resonator in which only one quartz pellet is used.
  • the bi-resonator formed also has very improved short and long term stabilities.
  • the resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 have clearly distinct resonant frequencies, for example with a difference of 1 MHz, and these parts are connected in parallel.
  • the evolution of the resonance frequency of the resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 is identical.
  • the evolution of the frequency of the pad 41 curve C l
  • the evolution of the frequency of the pad 51 curve C 2
  • the evolution of the frequency of the pad 51 curve C 2
  • FIG. 3 there is shown in Figure 3, in exploded sectional view, a particular embodiment of bi-resonator in which the inversion temperature ti of the quartz pellets 4.5 can anyway be obtained very easily and quickly, whatever whatever the mass of the dielectric material to be brought to a determined temperature.
  • the bi-resonator of FIG. 3 is in fact equipped with heating means internal to the sealed enclosure, not shown, which contains the quartz pellets 4, 5 and the plates 1, 2, 3 carrying electrodes.
  • layers of a material of given resistivity are deposited on the non-vibrating parts of the bi-resonator, in particular on the electrode support plates, in the immediate vicinity of the active parts 41, 51 of the quartz pellets 4, 5.
  • resistive layers 13, 23 are deposited on the dielectric plates 1, 2 respectively while resistive layers 35 , 36 are deposited on the plate 3.
  • Each resistive layer 13, 23, 35, 36 can be deposited directly on the corresponding dielectric plate, then covered with a thin layer of insulating material, 12, 22, 33, 34 by example of SiO, on which an electrode 11, 21, 31 or 32 can then be deposited.
  • the electrodes ll, 21, 31 and 32 are first deposited by metallization on the corresponding plates 1, 2 and 3, then thin insulating layers 12, 22, 33, 34 are superimposed on the electrodes and covered by the conductive heating layers 13, 23, 35, 36.
  • the resistive layers 13, 23, 35 and 36 are connected to terminals D, E, F respectively which allow the passage of an electric current in the said resistive layers to ensure by Joule effect heating, in the immediate vicinity of the active parts 41 , 51 of the quartz pellets 4, 5. It will be noted that the presence of the resistive heating layers, relatively thick compared to the electrodes in particular, does not affect the quality coefficient of the resonator, since these layers are deposited on non-vibrating parts .
  • resistive heating layers 421, 521 are deposited on the parts 42, 52 respectively of the pads 4, 5 which form spacer rings for holding the plates 1, 2 and 3 in position.
  • the resistive layers 421, 521 are connected to current sources by terminals G, H respectively and allow heating radial of the active parts 41, 51 of the quartz pellets 4, 5.
  • the layers 421, 521 also do not affect the quality coefficient of the bi-resonator since they are deposited on stationary parts. It is naturally possible to use the layers 421, 521 in isolation or in combination with the layers 1 3, 23, 35, 36 deposited on the plates 1, 2, 3.
  • the resistive layers 421, 521 can be deposited both on peripheral parts 42, 52 connected to parts 41, 51 as on peripheral parts constituted by independent rings.
  • each quartz pellet 4, 5 again into two independent pellets separated by an additional dielectric plate carrying electrodes, so as to improve, by an appropriate connection of the different electrodes, certain performances of the resonators, without significantly increasing the size of the device.

Abstract

Bi-résonateur piézoélectrique à électrodes non adhérentes au cristal. Le bi-résonateur comprend au moins des premier et deuxième plateaux (1, 2) en matériau diélectrique sur lesquels sont disposées respectivement des première et deuxième électrodes (11, 21.) Le bi-résonateur comprend en outre un triosième plateau (3) en matériau diélectrique ayant des faces opposées respectivement aux premier et deuxième plateaux sur lesquelles sont déposées respectivement des triosième et quatrième électrodes (31, 32) reliées entre elles. Le corps piézoélectrique est constitué par deux pastilles piézoélectriques en quartz (4, 5) indépendantes et semblables, dont l'une est interposée entre lesdites première et troisième électrodes, sans contact avec celles-ci, et l'autre est interposée entre les deuxième et quatrième électrodes sans contact avec celles-ci, les pastilles piézoélectriques en quartz étant disposées de telle sorte que leurs axes Y' soient opposés. Application aux oscillateurs constituant des références de fréquence.Piezoelectric bi-resonator with electrodes not adhering to the crystal. The bi-resonator comprises at least first and second plates (1, 2) made of dielectric material on which are respectively arranged first and second electrodes (11, 21.) The bi-resonator further comprises a third plate (3) in dielectric material having faces opposite respectively to the first and second plates on which are respectively deposited the third and fourth electrodes (31, 32) connected to each other. The piezoelectric body consists of two independent and similar piezoelectric quartz pellets (4, 5), one of which is interposed between said first and third electrodes, without contact with them, and the other is interposed between the second and fourth electrodes without contact with them, the piezoelectric quartz pellets being arranged so that their axes Y ′ are opposite. Application to oscillators constituting frequency references.

Description

La présente invention a pour objet un bi-résonateur piézoélectrique à électrodes non adhérentes au cristal, du type comprenant, montés dans une enceinte étanche, au moins des premier et deuxième plateaux en matériau diélectrique sur lesquels sont déposées respectivement des première et deuxième électrodes, et un corps piézoélectrique interposé entre lesdites première et deuxième électrodes, sans contact avec ces dernières.The subject of the present invention is a piezoelectric bi-resonator with electrodes not adhering to the crystal, of the type comprising, mounted in a sealed enclosure, at least first and second plates of dielectric material on which the first and second electrodes are respectively deposited, and a piezoelectric body interposed between said first and second electrodes, without contact with the latter.

Les résonateurs piézoélectriques à électrodes non adhérentes au cristal présentent actuellement un intérêt important dû notamment à la possibilité de réaliser des résonateurs de ce type dotés d'excellentes qualités sur le plan des caractéristiques électrique et mécanique. Des exemples de résonateurs piézoélectriques performants à électrodes non adhérentes au cristal sont décrits notamment dans la demande de brevet français n° 2.338.607.Piezoelectric resonators with electrodes that are not adherent to the crystal are currently of great interest, due in particular to the possibility of producing resonators of this type with excellent qualities in terms of electrical and mechanical characteristics. Examples of high-performance piezoelectric resonators with electrodes not adhering to the crystal are described in particular in French patent application No. 2,338,607.

Dans la construction des résonateurs piézoélectriques appelés à être utilisés en particulier dans le domaine aéronautique, on vise constamment à permettre la meilleure insensibilité possible des dispositifs vis à vis notamment des accélérations et des variations de température.In the construction of piezoelectric resonators called upon to be used in particular in the aeronautical field, the aim is constantly to allow the best possible insensitivity of the devices with regard in particular to accelerations and temperature variations.

La présente invention vise précisément à réaliser un résonateur dont les stabilités dans le temps sont améliorées et la sensibilité aux accélérations ou aux variations de température est réduite.The present invention aims precisely to produce a resonator whose stability over time is improved and the sensitivity to acceleration or to temperature variations is reduced.

Ces buts pont atteints grâce à un résonateur du type mentionné au début qui, conformément à l'invention, comprend en outre un troisième plateau en matériau diélectrique ayant des faces opposées respectivement aux premier et deuxième plateaux sur lesquelles sont déposées respectivement des troisième et quatrième électrodes reliées entre elles, et tel que le corps piézoélectrique est constitué par deux pastilles piézoélectriques en quartz, indépendantes et semblables, dont l'une est interposée entre lesdites première et troisième électrodes, sans contact avec celles-ci, et l'autre est interposée entre les deuxième et quatrième électrodes sans contact avec celles-ci, les pastilles piézoélectriques en quartz étant disposées de telle sorte que leurs axes y'soient opposés.These bridge goals achieved by means of a resonator of the type mentioned at the start which, according to the invention, further comprises a third plate of dielectric material having faces opposite respectively to the first and second plates on which are respectively deposited third and fourth electrodes. interconnected, and such that the piezoelectric body consists of two pads piezoelectric quartz, independent and similar, one of which is interposed between said first and third electrodes, without contact with them, and the other is interposed between the second and fourth electrodes without contact with them, piezoelectric pellets quartz being arranged so that their axes are opposite there.

De préférence, les pastilles de quartz sont en outre disposées de telle sorte que leurs axes Z sont opposés.Preferably, the quartz pellets are also arranged so that their Z axes are opposite.

Par ailleurs, selon un mode de réalisation intéressant, les pastilles piézoélectriques de quartz sont plan-convexe et présentent leur convexité tournée du côté de leur axe y'.Furthermore, according to an interesting embodiment, the piezoelectric quartz pellets are plano-convex and have their convexity turned towards the side of their axis y '.

Il est naturellement souhaitable que les pastilles de quartz utilisées soient les plus semblables possibles, c'est à dire constituées en un même matériau, et obtenues par la même technique de coupe. Les performances sont améliorées si par exemple les deux pastilles de quartz proviennent d'un même cristal de base et de zones voisines dans ce cristal de base.It is naturally desirable that the quartz pellets used are as similar as possible, that is to say made of the same material, and obtained by the same cutting technique. The performances are improved if for example the two quartz pellets come from the same base crystal and from neighboring zones in this base crystal.

L'association de deux pastilles de quartz semblables à l'intérieur d'un même résonateur, et leur disposition avec des axes y' positifs opposés conduisent à la réalisation d'un bi-résonateur dont notamment la sensibilité aux accélérations est réduite d'un facteur de l'ordre de 10 à 20. en outre, les stabilités dans le temps sont améliorées. Par ailleurs, le dispositif reste très compact puisqu'un seul plateau diélectrique supplémentaire est nécessaire pour supporter les deux électrodes interposées entre les deux pastilles de quartz.The association of two similar quartz pellets inside the same resonator, and their arrangement with opposite positive axes ′ lead to the production of a bi-resonator whose notably the sensitivity to accelerations is reduced by a factor of the order of 10 to 20. in addition, the stability over time is improved. Furthermore, the device remains very compact since only one additional dielectric plate is necessary to support the two electrodes interposed between the two quartz pellets.

La structure de bi-résonateur définie ci-dessus peut être utilisée de diverses manières avantageuses.The bi-resonator structure defined above can be used in various advantageous ways.

Ainsi, selon une première application, la première partie de résonateur constitué par la première pastille piézoélectrique et les première et troisième électrodes présente une fréquence de résonance sensiblement égale à la fréquence de résonance de la deuxième partie de résonateur constituée par la deuxième pastille piézoélectrique et les deuxième et quatrième électrodes.Thus, according to a first application, the first resonator part constituted by the first piezoelectric patch and the first and third electrodes has a resonant frequency substantially equal to the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric patch and the second and fourth electrodes.

Dans ce cas, les première et deuxième parties de résonateur peuvent être connectées soit en série, soit en parallèle.In this case, the first and second parts of the resonator can be connected either in series or in parallel.

Selon une autre application, la première partie de résonateur constituée par la première pastille piézoéelctrique et les première et troisième électrodes présente une fréquence de résonance très nettement différente de la fréquence de résonance de la deuxième partie de résonateur constituée par la deuxième pastille piézoélectrique et les deuxième et quatrième électrodes, et les première et deuxième parties de résonateur sont montées en parallèle.According to another application, the first resonator part constituted by the first piezoelectric pad and the first and third electrodes has a resonant frequency very clearly different from the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric pad and the second and fourth electrodes, and the first and second resonator parts are connected in parallel.

Les première et deuxième parties de résonateur peuvent alors présenter des fréquences de résonance qui diffèrent d'au moins environ 5 %.The first and second parts of the resonator can then have resonant frequencies which differ by at least about 5%.

L'utilisation d'un bi-résonateur composé de deux parties de résonateur de fréquences différentes est particulièrement intéressante pour permettre un affranchissement pratiquement total de l'influence de la température.The use of a bi-resonator made up of two parts of resonator of different frequencies is particularly interesting to allow a practically total release of the influence of the temperature.

D'une manière générale, il est souhaitable qu'un résonateur piézoélectrique puisse fonctionner à la température d'inversion du cristal piézoélectrique. Il convient ainsi de procéder à un chauffage du résonateur pour l'amener au voisinage de la température d'inversion du cristal. Ce chauffage, réalisé par voie externe, est d'autant plus difficile que la masse du résonateur à chauffer est importante, et que l'atmosphère où se trouve plongé le cristal est inerte.Generally, it is desirable that a piezoelectric resonator can operate at the inversion temperature of the piezoelectric crystal. It is thus advisable to heat the resonator to bring it in the vicinity of the crystal inversion temperature. This heating, carried out externally, is all the more difficult as the mass of the resonator to be heated is large, and the atmosphere in which the crystal is immersed is inert.

Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, les pastilles de quartz peuvent être très facilement amenées à-une température désirée, et la présence de plateaux diélectriques, loin de constituer un obstacle pour le chauffage du résonateur, offre au contraire un moyen commode pour faciliter la mise en température du résonateur.In accordance with a particular characteristic of the present invention, the quartz pellets can be very easily brought to a desired temperature, and the presence of dielectric plates, far from constituting an obstacle for heating the resonator, offers on the contrary a convenient means for facilitate the warming up of the resonator.

Ceci est possible grâce au fait que les premier, deuxième et troisième plateaux sont revêtus, au moins sur leurs faces tournées vers les pastilles piézoélectriques, d'une couche supplémentaire de chauffage en un matériau de résistivité donnée, ladite couche supplémentaire étant reliée à une source d'énergie électrique isolée électriquement des électrodes excitatrices déposées sur les plateaux par une couche d'isolation.This is possible thanks to the fact that the first, second and third plates are coated, at least on their faces facing the piezoelectric pellets, with an additional heating layer made of a material of given resistivity, said additional layer being connected to a source electrical energy electrically isolated from the excitation electrodes deposited on the plates by an insulation layer.

A titre de variante, en remplacement ou en complément du mode de chauffage précédemment décrit, et dans la mesure où le bi-résonateur comprend des bagues périphériques qui entourent respectivement les parties actives des pastilles piézoélectriques disposées entre deux électrodes, et constituent une entretoise entre les plateaux porteurs desdites électrodes, il est possible de revêtir lesdites bagues périphériques de couches de chauffage en un matériau de résistivité donnée et de relier lesdites couches de chauffage à une source d'énergie électrique de manière à réaliser un chauffage radial des pastilles de quartz.As a variant, in replacement or in addition to the heating method described above, and insofar as the bi-resonator comprises peripheral rings which respectively surround the active parts of the piezoelectric pads disposed between two electrodes, and constitute a spacer between the bearing plates of said electrodes, it is possible to coat said peripheral rings with heating layers in a material of given resistivity and to connect said heating layers to a source of electrical energy so as to radially heat the quartz pellets.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

  • - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un bi-résonateur piézoélectrique selon l'invention,
  • - la figure 2 est un graphique montrant les variations de la fréquence de résonance d'une partie de résonateur en fonction de la température, et
  • - la figure 3 est une vue éclatée, en coupe axiale, d'un mode particulier de réalisation de bi-résonateur selon l'invention.
Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows on from particular embodiments given solely by way of examples, with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1 is a view in axial section of a piezoelectric bi-resonator according to the invention,
  • - Figure 2 is a graph showing the variations in the resonant frequency of a part of a resonator as a function of temperature, and
  • - Figure 3 is an exploded view, in axial section, of a particular embodiment of bi-resonator according to the invention.

On voit sur la figure 1 un exemple de résonateur piézoélectrique selon l'invention, pour lequel toutefois on n'a pas représenté l'enceinte étanche extérieure, ni les moyens de fixation du bloc fonctionnel à l'intérieur de l'enceinte.FIG. 1 shows an example of a piezoelectric resonator according to the invention, for which however the external sealed enclosure has not been shown, nor the means for fixing the functional block inside the enclosure.

Deux plateaux extérieurs 1 et 2 en matériau diélectrique sont pourvus, sur leurs faces internes, d'électrodes 11 et 21 respectivement, qui sont déposées par métallisation et sont reliées à des bornes de connexion A et B respectivement. Un corps piézoélectrique en deux parties 4, 5 est interposé entre les plateaux 1 et 2. Les pastilles piézoélectriques 4, 5 sont séparées l'une de l'autre par un plateau diélectrique supplémentaire 3 porteur d'électrodes 31, 32 sur ses faces tournées vers les pastilles 4 et 5 respectivement. Les électrodes 31 et 32 sont elles-mêmes connectées à une borne commune C.Two outer plates 1 and 2 of dielectric material are provided, on their internal faces, with electrodes 11 and 21 respectively, which are deposited by metallization and are connected to connection terminals A and B respectively. A two-part piezoelectric body 4, 5 is interposed between the plates 1 and 2. The piezoelectric pads 4, 5 are separated from each other by an additional dielectric plate 3 carrying electrodes 31, 32 on its turned faces to pads 4 and 5 respectively. The electrodes 31 and 32 are themselves connected to a common terminal C.

La pastille de quartz 4 comprend une partie active vibrante 41 interposée entre les électrodes 11 et 31 et située à très faible distance de ces dernières sans toutefois venir en contact avec elles. De la même manière, la pastille de quartz 5 présente une partie active vibrante 51 interposée entre les électrodes 21 et 32 et située à très faible distance de ces dernières mais sans venir en contact avec celles-ci.The quartz pellet 4 comprises a vibrating active part 41 interposed between the electrodes 11 and 31 and located at very short distance from the latter without however coming into contact with them. In the same way, the quartz pellet 5 has an active vibrating part 51 interposed between the electrodes 21 and 32 and located at very short distance from the latter but without coming into contact with them.

D'une manière générale, la structure apparente d'un bi-résonateur selon l'invention peut être entièrement symétrique par rapport au plan médian J-J' du plateau central 3 et présenter le cas échéant une symétrie de révolution autour de l'axe K-K'. Toutefois, la position relative des deux pastilles de quartz 4, 5 en fonction de leurs axes cristallographiques n'est pas indifférente. Ainsi, le montage des pastilles de quartz 4, 5 doit être réalisé de telle manière que les axes Y' des deux pastilles soient opposés (fig. 1). Dans le cas où les pastilles 4, 5 sont plan-convexe, il est alors avantageux que la convexité soit réalisée du côté de l'axe Y' positif de chaque pastille, bien que cette condition ne soit pas absolument indispensable.In general, the apparent structure of a bi-resonator according to the invention can be entirely symmetrical with respect to the median plane JJ ′ of the central plate 3 and if necessary have a symmetry of revolution around the axis K- K '. However, the relative position of the two quartz pellets 4, 5 as a function of their crystallographic axes is not indifferent. Thus, the mounting of the quartz pellets 4, 5 must be carried out in such a way that the axes Y ′ of the two pellets are opposite (fig. 1). In the case where the pellets 4, 5 are plano-convex, it is then advantageous for the convexity to be produced on the side of the positive axis Y ′ of each tablet, although this condition is not absolutely essential.

Par ailleurs, les pastilles de quartz 4, 5 sont de préférence disposées entre les plateaux 1, 2 et 3 de telle manière que les axes Z des deux pastilles de quartz 4, 5 soient opposés..Si les pastilles 4, 5 correspondent toutes deux soit à des cristaux droit, soit à des cristaux gauche, les axes x des pastilles 4, 5 sont alors de même sens (fig 1).Furthermore, the quartz pellets 4, 5 are preferably arranged between the plates 1, 2 and 3 in such a way that the axes Z of the two quartz pellets 4, 5 are opposite. If the pellets 4, 5 both correspond either to right crystals or to left crystals, the axes x of the pellets 4, 5 are then in the same direction (fig 1).

Le maintien de la partie active 41, 51 des pastilles 4, 5 entre les électrodes 11, 31, et 21, 32 respectivement, peut être réalisé de différentes manières. Selon un mode de réalisation avantageux, représenté sur la figure 1, une pastille 4, 5 comprend une partie 42, 52 en forme de bague qui sert d'entretoise pour les plateaux l.et 3 et 2 et 3 respectivement. La distance entre les différents plateaux est ainsi bien déterminée, et la partie active 41, 51 des pastilles 4, 5 légèrement en retrait par rapport à la partie périphérique de support 42, 52, peut être située à une distance très faible des électrodes 11, 31 ou 21, 32.Maintaining the active part 41, 51 of the pads 4, 5 between the electrodes 11, 31, and 21, 32 respectively, can be achieved in different ways. According to an advantageous embodiment, represented in FIG. 1, a pellet 4, 5 comprises a part 42, 52 in the form of a ring which serves as a spacer for the plates 1 and 3 and 2 and 3 respectively. The distance between the different plates is thus well determined, and the active part 41, 51 of the pads 4, 5 slightly set back relative to the peripheral support part 42, 52, can be located at a very small distance from the electrodes 11, 31 or 21, 32.

Une partie intermédiaire amincie 43, 53 qui peut être évidée sur une partie de la périphérie de la partie active 41, 51 respectivement assure une liaison mécanique et un isolement vibratoire entre la partie active vibrante 41, 51 et la partie support immobile 42, 52. Un tel mode de suspension a été décrit notamment dans la demande de brevet français n° 2 338.607.A thinned intermediate part 43, 53 which can be hollowed out on a part of the periphery of the active part 41, 51 respectively provides a mechanical connection and a vibration isolation between the vibrating active part 41, 51 and the immobile support part 42, 52. Such a mode of suspension has been described in particular in French patent application No. 2,338,607.

L'invention n'est toutefois pas limitée à un tel mode de suspension. Ainsi, les parties 42, 52 peuvent être constituées par des bagues indépendantes, tandis que les parties actives 41, 51 sont positionnées par rapport aux plateaux 1, 2 et 3 à l'aide de fixations par thermocompression par exemple.The invention is however not limited to such a mode of suspension. Thus, the parts 42, 52 can be constituted by independent rings, while the active parts 41, 51 are positioned relative to the plates 1, 2 and 3 using thermocompression fasteners for example.

Plusieurs modes de fonctionnement de bi-résonateur selon l'invention sont possibles. Ainsi, les parties de résonateur constituées par les électrodes 11, 31 et le cristal 41 d'une part, et par les électrodes 21, 32 et le cristal 51 d'autre part, peuvent présenter des fréquences sensiblement égales ou très nettement différentes.Several operating modes of bi-resonator according to the invention are possible. Thus, the resonator parts constituted by the electrodes 11, 31 and the crystal 41 on the one hand, and by the electrodes 21, 32 and the crystal 51 on the other hand, can have frequencies that are substantially equal or very clearly different.

Dans le cas où les deux parties de résonateur 11, 31, 41 et 21, 32, 51 présentent des fréquences de résonance égales ou sensiblement égales, il est possible de prévoir un montage en série, c'est à dire avec l'application d'une tension électrique alternative entre les bornes A et B, la borne C étant déconnectée ; ou un montage en parallèle, c'est à dire avec l'application d'une tension électrique alternative entre la borne C et les bornes A et B qui sont alors reliées entre elles. Dans les deux cas, il est alors formé un résonateur unique ou bi-résonateur dont la sensibilité aux accélérations est très nettement réduite par rapport à un résonateur dans lequel ne serait utilisée qu'une seule pastille de quartz. Le bi-résonateur formé présente également des stabilités à court et long terme très améliorées.In the case where the two resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 have equal or substantially equal resonant frequencies, it is possible to provide a series connection, that is to say with the application of 'an alternating electrical voltage between terminals A and B, terminal C being disconnected; or a parallel mounting, that is to say with the application of an alternating electric voltage between terminal C and terminals A and B which are then connected together. In both cases, a single resonator or bi-resonator is then formed, the sensitivity to accelerations of which is very markedly reduced compared to a resonator in which only one quartz pellet is used. The bi-resonator formed also has very improved short and long term stabilities.

Selon un autre type de montage possible, les parties de résonateur 11, 31, 41 et 21, 32, 51 présentent des fréquences de résonance nettement distinctes, par exemple avec une différence de 1 MHz, et ces parties sont montées en parallèle. Dans la mesure où les pastilles de quartz 4 et 5 sont elles mêmes le plus semblables possibles (même matériau de départ et même type de coupe dans le cristal de base), l'évolution de la fréquence de résonance des parties de résonateur 11, 31, 41 et 21, 32, 51 est identique. On voit sur la figure 2, l'évolution de la fréquence de la pastille 41 (courbe Cl) en fonction de la température et l'évolution de la fréquence de la pastille 51 (courbe C2) également en fonction de la température. Les deux courbes sont pratiquement parallèles et par suite, la fréquence différence Δ 1' Ü2 qui est obtenue à des températures différentes t1, t2 lorsque les parties du résonateur 11, 31, 41 et 21, 32, 51 sont montées en parallèle, est pratiquement indépendante de la température.et reste extrêmement proche de la valeur limite Λi obtenue pour.la tempérautre ti des points d'inversion des pastilles 41, 51. On dispose ainsi d'un systèem dit à chauffage immédiat, c'est à dire opérationnel même avant que la température d'inversion ti soit atteinte.According to another possible type of assembly, the resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 have clearly distinct resonant frequencies, for example with a difference of 1 MHz, and these parts are connected in parallel. Insofar as the quartz pellets 4 and 5 are themselves the most similar possible (same starting material and same type of cut in the basic crystal), the evolution of the resonance frequency of the resonator parts 11, 31, 41 and 21, 32, 51 is identical. We see in Figure 2, the evolution of the frequency of the pad 41 (curve C l ) as a function of the temperature and the evolution of the frequency of the pad 51 (curve C 2 ) also as a function of the temperature. The two curves are practically parallel and consequently, the difference frequency Δ 1 'Ü 2 which is obtained at different temperatures t 1 , t 2 when the parts of the resonator 11, 31, 41 and 21, 32, 51 are mounted in parallel , is practically independent of the temperature. and remains extremely close to the limit value Λi obtained for the temperature ti of the reversal points of the pellets 41, 51. This thus provides a system known as immediate heating, say operational even before the reversal temperature ti is reached.

Comme dans le cas des modes d'utilisation précédents, la sensibilité aux accélérations est également fortement réduite.As in the case of the previous modes of use, the sensitivity to accelerations is also greatly reduced.

On a représenté sur la figure 3, en vue éclatée en coupe, un mode particulier de réalisation de bi-résonateur dans lequel la température d'inversion ti des pastilles de quartz 4,5 peut de toute manière être obtenue très facilement et rapidement, quelle que soit l'importance de la masse de matériau diélectrique à porter à une température déterminée. Le bi-résonateur de la figure 3 est en effet équipé de moyens de chauffage internes à l'enceinte étanche, non représentée, qui contient les pastilles de quartz 4, 5 et les plateaux 1, 2, 3 porteurs d'électrodes.There is shown in Figure 3, in exploded sectional view, a particular embodiment of bi-resonator in which the inversion temperature ti of the quartz pellets 4.5 can anyway be obtained very easily and quickly, whatever whatever the mass of the dielectric material to be brought to a determined temperature. The bi-resonator of FIG. 3 is in fact equipped with heating means internal to the sealed enclosure, not shown, which contains the quartz pellets 4, 5 and the plates 1, 2, 3 carrying electrodes.

Selon le mode de réalisation de la figure 3, des couches d'un matériau de résistivité donnée sont déposées sur les parties non vibrantes du bi-résonateur, notamment sur les plateaux supports d'électrodes, à proximité immédiate des parties actives 41, 51 des pastilles de quartz 4, 5. Ainsi, des couches résistives 13, 23 sont déposées sur les plateaux diélectriques 1, 2 respectivement tandis que des couches résistives 35, 36 sont déposées sur le plateau 3. Chaque couche résistive 13, 23, 35, 36 peut être déposée directement sur le plateau diélectrique correspondant, puis recou- verte d'une fine couche de matériau isolant, 12, 22, 33, 34 par exemple de SiO, sur laquelle une électrode 11, 21, 31 ou 32 peut alors être déposée. Selon un autre mode de réalisation possible, les électrodes ll, 21, 31 et 32 sont d'abord déposées par métallisation sur les plateaux correspondants 1, 2 et 3, puis de minces couches isolantes 12, 22, 33, 34 sont superposées aux électrodes et recouvertes par les couches conductrices de chauffage 13, 23, 35, 36.According to the embodiment of FIG. 3, layers of a material of given resistivity are deposited on the non-vibrating parts of the bi-resonator, in particular on the electrode support plates, in the immediate vicinity of the active parts 41, 51 of the quartz pellets 4, 5. Thus, resistive layers 13, 23 are deposited on the dielectric plates 1, 2 respectively while resistive layers 35 , 36 are deposited on the plate 3. Each resistive layer 13, 23, 35, 36 can be deposited directly on the corresponding dielectric plate, then covered with a thin layer of insulating material, 12, 22, 33, 34 by example of SiO, on which an electrode 11, 21, 31 or 32 can then be deposited. According to another possible embodiment, the electrodes ll, 21, 31 and 32 are first deposited by metallization on the corresponding plates 1, 2 and 3, then thin insulating layers 12, 22, 33, 34 are superimposed on the electrodes and covered by the conductive heating layers 13, 23, 35, 36.

Les couches résistives 13, 23, 35 et 36 sont connectées à des bornes D, E, F respectivement qui permettent le passage d'un courant électrique dans les dites couches résistives pour assurer par effet joule un chauffage, au voisinage immédiat des parties actives 41, 51 des pastilles de quartz 4, 5. On notera que la présence des couches résistives de chauffage, relativement épaisses par rapport aux électrodes notamment, n'affecte pas le coefficient de qualité du résonateur, puisque ces couches sont déposées sur des parties non vibrantes.The resistive layers 13, 23, 35 and 36 are connected to terminals D, E, F respectively which allow the passage of an electric current in the said resistive layers to ensure by Joule effect heating, in the immediate vicinity of the active parts 41 , 51 of the quartz pellets 4, 5. It will be noted that the presence of the resistive heating layers, relatively thick compared to the electrodes in particular, does not affect the quality coefficient of the resonator, since these layers are deposited on non-vibrating parts .

Selon une autre caractéristique, des couches résistives de chauffage 421, 521 sont déposées sur les parties 42, 52 respectivement des pastilles 4, 5 qui forment des bagues entretoises de maintien en position des plateaux 1, 2 et 3. Les couches résistives 421, 521 sont reliées à des sources de courant par les bornes G, H respectivement et permettent un chauffage radial des parties actives 41, 51 des pastilles de quartz 4, 5. Les couches 421, 521 n'affectent pas non plus le coefficient de qualité du bi-résonateur puisqu'elles sont déposées sur des parties immobiles. Il est naturellement possible d'utiliser les couches 421, 521 de façon isolée ou en combinaison avec les couches 13, 23, 35, 36 déposées sur les plateaux 1, 2, 3. Bien entendu, les couches résistives 421, 521 peuvent être déposées aussi bien sur des parties périphériques 42, 52 reliées aux parties 41, 51 que sur des parties périphériques constituées par des bagues indépendantes.According to another characteristic, resistive heating layers 421, 521 are deposited on the parts 42, 52 respectively of the pads 4, 5 which form spacer rings for holding the plates 1, 2 and 3 in position. The resistive layers 421, 521 are connected to current sources by terminals G, H respectively and allow heating radial of the active parts 41, 51 of the quartz pellets 4, 5. The layers 421, 521 also do not affect the quality coefficient of the bi-resonator since they are deposited on stationary parts. It is naturally possible to use the layers 421, 521 in isolation or in combination with the layers 1 3, 23, 35, 36 deposited on the plates 1, 2, 3. Of course, the resistive layers 421, 521 can be deposited both on peripheral parts 42, 52 connected to parts 41, 51 as on peripheral parts constituted by independent rings.

Les différents modes de réalisation décrits précédemment ne sont donnés qu'à titre indicatif. Ainsi, il serait possible de subdiviser chaque pastille de quartz 4, 5 de nouveau en deux pastilles indépendantes séparées par un plateau diélectrique supplémentaire porteur d'électrodes, de façon à améliorer par une connec- tion appropriée des différentes électrodes, certaines performances des résonateurs, sans augmenter sensiblement l'encombrement du dispositif.The various embodiments described above are given for information only. Thus, it would be possible to subdivide each quartz pellet 4, 5 again into two independent pellets separated by an additional dielectric plate carrying electrodes, so as to improve, by an appropriate connection of the different electrodes, certain performances of the resonators, without significantly increasing the size of the device.

En effet, l'adjonction dans un même boitier, d'une pastille de quartz supplémentaire n'entraîne l'adjonction simultanée que d'un seul plateau supplémentaire porteur d'électrodes.Indeed, the addition in the same case, of an additional quartz pellet results in the simultaneous addition of only one additional plate carrying electrodes.

Claims (10)

1. Bi-résonateur piézoélectrique à électrodes non adhérentes au cristal, du type comprenant, montés dans une enceinte étanche, au moins un premier et un deuxième plateau en matériau diélectrique sur lesquels sont disposées respectivement une première et une deuxième électrode, et un corps piézoélectrique interposé entre lesdites première et deuxième électrodes,sans contact avec ces dernières, bi-résonateur caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième plateau (3) en matériau diélectrique ayant des faces opposées respectivement aux premier et deuxième plateaux (1,2) sur lesquelles sont déposées respectivement des troisième et quatrième électrodes (31,32) reliées entre elles, et en ce que le corps piézoélectrique est constitué par deux pastilles piézoélectriques (41,51) en quartz, indépendantes et semblables, dont l'une (41) est interposée entre lesdites première et troisième électrodes (11,31), sans contact avec celles-ci, et l'autre (51) est interposée entre les deuxième et quatrième électrodes (21,32) sans contact avec celles-ci, les pastilles piézoélectriques (41,51) en quartz étant disposées de telle sorte que leurs axes Y' soient opposés.1. Bi-piezoelectric resonator with electrodes not adhering to the crystal, of the type comprising, mounted in a sealed enclosure, at least a first and a second plate of dielectric material on which are respectively disposed a first and a second electrode, and a piezoelectric body interposed between said first and second electrodes, without contact with the latter, bi-resonator characterized in that it further comprises a third plate (3) made of dielectric material having faces opposite respectively to the first and second plates (1,2) on which are deposited respectively third and fourth electrodes (31,32) connected together, and in that the piezoelectric body is constituted by two piezoelectric pellets (41,51) in quartz, independent and similar, one of which (41 ) is interposed between said first and third electrodes (11,31), without contact with them, and the other (51) is interposed between the second and qu atrieme electrodes (21,32) without contact therewith, the piezoelectric pellets (41,51) in quartz being arranged so that their axes Y ′ are opposite. 2. Bi-résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pastilles de quartz (41,51) sont en outre disposées de telle sorte que leurs axes z sont opposés.2. Bi-piezoelectric resonator according to claim 1, characterized in that the quartz pellets (41,51) are also arranged so that their axes z are opposite. 3. Bi-résonateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les pastilles piézoélectriques de quartz (41,51) sont plan-convexe et présentent leur convexité tournée du côté de leur axe Y'.3. Bi-resonator according to claim 1 or claim 2, characterized in that the piezoelectric quartz pellets (41,51) are plano-convex and have their convexity turned towards the side of their axis Y '. 4. Bi-résonateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie du résonateur constituée par la première pastille piézoélectrique (41) et les première et troisième électrodes (11,31) présente une fréquence de résonance sensiblement égale à la fréquence de résonance de la deuxième partie de résonateur constituée par la deuxième pastille piézoélectrique (51) et les deuxième et quatrième électrodes (21,32).4. Bi-resonator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first part of the resonator constituted by the first piezoelectric pad (41) and the first and third electrodes (11,31) has a resonant frequency substantially equal to the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric pad (51) and the second and fourth electrodes (21,32). 5. Bi-résonateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les première (11,31,41) et deuxième (21,32,51) parties de résonateur sont connectées en parallèle.5. Bi-resonator according to claim 4, characterized in that the first (11,31,41) and second (21,32,51) parts of the resonator are connected in parallel. 6. Bi-résonateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les première (11,31,41) et deuxième (21, 32,51) parties de résonateur sont connectées en série.6. Bi-resonator according to claim 4, characterized in that the first (11,31,41) and second (21, 32,51) parts of the resonator are connected in series. 7, Bi-résonateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première partie de résonateur cons-- tituée par la première pastille piézoélectrique (41) et les première et troisième électrodes (11,31) présente une fréquence de résonance très nettement différente de la fréquence de résonance de la deuxième partie de résonateur constituée par la deuxième pastille piézoélectrique (51) et les deuxième et quatrième électrodes (21,32) et les première et deuxième parties de résonateur sont montées en parallèle.7, Bi-resonator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first part of the resonator constituted by the first piezoelectric pad (41) and the first and third electrodes (11,31) have a frequency resonance very clearly different from the resonant frequency of the second resonator part constituted by the second piezoelectric pad (51) and the second and fourth electrodes (21,32) and the first and second resonator parts are mounted in parallel. 8. Bi-résonateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les première (11,31,41) et deuxième (21,32,51) parties de résonateur présentent des fréquences de résonance qui diffèrent d'au moins environ 5 Z.8. Bi-resonator according to claim 7, characterized in that the first (11,31,41) and second (21,32,51) parts of the resonator have resonant frequencies which differ by at least about 5 Z. 9. Bi-résonateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier (1), deuxième (2) et troisième (3) plateaux sont revêtus, au moins sur leurs faces tournées vers les pastilles piézoélectriques (4,5), d'une couche supplémentaire de chauffage (13,23,35,36) en un matériau de résistivité donnée, ladite couche supplémentaire étant reliée à une source d'énergie électrique et isolée électriquement des électrodes excitatrices (11,21,31,32) déposées sur les plateaux par une couche d'isolation (12,22,33,34).9. Bi-resonator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first (1), second (2) and third (3) plates are coated, at least on their faces facing the piezoelectric pads (4 , 5), an additional heating layer (13,23,35,36) made of a material of given resistivity, said additional layer being connected to a source of electrical energy and electrically isolated from the excitation electrodes (11,21,31,32) deposited on the plates by an insulation layer (12,22,33,34). 10. Bi-résonateur selon l'une des revendications 1 à 9, du type comprenant des bagues périphériques qui entourent respectivement les parties actives des pastilles piézoélectriques disposées entre deux électrodes, et constituent une entretoise entre les plateaux porteurs des dites électrodes, caractérisé en ce que lesdites bagues périphériques (42,52) sont revêtues de couches de chauffage (421,521) en un matériau de résistivité donnée, ledites couches de chauffage étant reliées à une source d'énergie électrique.10. Bi-resonator according to one of claims 1 to 9, of the type comprising peripheral rings which respectively surround the active parts of the piezoelectric pads disposed between two electrodes, and constitute a spacer between the carrier plates of said electrodes, characterized in that that said peripheral rings (42,52) are coated with heating layers (421,521) in a material of given resistivity, said heating layers being connected to a source of electrical energy.
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